Le reti e i servizi 5G non hanno ancora espresso il loro pieno potenziale ma l’industria delle telecomunicazioni ha già iniziato a delineare il percorso verso il 6G che porterà allo sviluppo della sesta generazione dei servizi di telecomunicazione wireless a partire dal 2030, e che sarà destinata a pervadere ogni aspetto della vita umana portando alla convergenza dei domini digitale, fisico e personale.
Le implicazioni della completa interconnessione del mondo fisico con il 6G
Lo sviluppo delle piattaforme 6G porterà alla completa interconnessione del mondo, dove ogni oggetto o entità del mondo fisico (aziende, città e persino persone) potrà avere una controparte digitale (Digital Twin), che potrà essere sfruttata con finalità simulative, analitiche o diagnostiche. I Digital Twin potranno inoltre interagire tra loro o con intelligenze artificiali. La convergenza del dominio digitale con il mondo fisico avverrà anche attraverso sistemi di comunicazione estremamente immersivi dove audio e video ad elevatissima risoluzione saranno affiancati da sistemi olografici e tattili. La completa interconnessione del mondo fisico genererà un volume di dati tale da permettere alle Intelligenze Artificiali connesse alla rete di interpretare la realtà in modo cognitivo, a tal punto da elevare l’interazione con le persone, intuendone l’umore e anticipandone i bisogni o i desideri.
Pertanto, lo sviluppo delle reti 6G non comporterà soltanto sfide di natura ingegneristica ma sarà necessario affrontare tutte le implicazioni sociali ed etiche che la convergenza tra il dominio digitale e il mondo fisico comporterà. In ogni caso, un simile livello di interazione sarà possibile solo con un significativo salto in avanti tecnologico che prevede l’affermazione e la distribuzione di tecnologie che oggi rappresentano la frontiera come l’IoT massivo, i Big Data, il Machine Learning e l’Intelligenza Artificiale.
I primi mattoni delle specifiche posti dall’ITU
Come sempre è l’ITU a gettare le basi con l’avvio dei lavori per i servizi IMT for 2030 and beyond (6G) tracciando dapprima la visione e successivamente definendo i primi mattoni delle specifiche, a cui seguiranno le standardizzazioni 3GPP e i primi sviluppi sperimentali.
Fonte : 6G Infrastructure Association
Il concetto alla base del 6G sarà la flessibilità, declinata in ogni ambito delle reti e dei servizi, dalla gestione delle frequenze (incluse le bande nelle gamme THz e della luce visibile), all’utilizzo agnostico delle tecnologie radio trasmissive, dall’uso promiscuo senza soluzione di continuità tra reti eterogenee, fino alla totale integrazione dei sensori nelle infrastrutture di comunicazione.
Fonte: ITU – 6G Vision
L’intelligenza artificiale dovrà essere pervasiva in tutti i sistemi di rete, nei sensori e nelle applicazioni, in modo da rendere la rete completamente cognitiva e in grado di interpretare il proprio contesto operativo e la realtà osservata. Tutte le componenti infrastrutturali dovranno minimizzare i consumi energetici; in particolare, sarà valutata la possibilità di sfruttare i segnali interferenti ai fini di ricarica di sensori e terminali. La sicurezza dovrà essere garantita già a livello fisico (PHY Layer Security – PLS) con un’architettura orientata nativamente alla sicurezza multi-dominio.
In aggiunta, le reti 6G dovranno essere in grado di offrire prestazioni deterministiche (ad esempio un’esperienza tattile a controllo remoto non ammette margini di errore sui requisiti di throughput, latenza e jitter) significativamente superiori a quelle target del 5G e integrare miliardi di sensori e attuatori in modo tecnologicamente agnostico e ubiquo.
Confronto tra target prestazionali 5G e 6G – fonte: 6G IA
Intelligenza Artificiale e Machine Learning saranno integrati in ogni elemento della rete 6G
Il perseguimento di tali obiettivi prestazionali sarà possibile solo tramite il consolidamento delle tecnologie di frontiera e lo sviluppo di nuove tecnologie. Intelligenza Artificiale e Machine Learning saranno integrati in ogni elemento della rete, dal cloud ai terminali. L’Intelligenza Artificiale assumerà la governance della rete, automatizzandone la progettazione, l’orchestrazione e l’esercizio con l’obiettivo di ottenere un’infrastruttura “Zero Touch”.
Le funzionalità saranno distribuite secondo il paradigma “Ubiquitous Computing”, che estende il concetto di Edge Computing distribuendo le funzioni di rete, le capacità di elaborazione, i contenuti e le applicazioni fino ai bordi della rete e talvolta all’interno di sensori e attuatori, in modo da abilitare scenari di “zero delay”. L’accesso radio dovrà prevedere una gestione totale e flessibile dello spettro attraverso il riuso di tutte le bande già attualmente adottate per i servizi mobili e lo sfruttamento massivo delle bande millimetriche anche oltre i 50 GHz a cui saranno affiancate anche le bande nelle gamme dei THz. Sarà inoltre possibile utilizzare lo spettro infrarosso e della luce visibile, anche prevedendo l’integrazione con i sistemi di illuminazione. Sarà inoltre necessaria un’evoluzione delle tecnologie trasmissive verso sistemi di antenne ultra-massive MIMO e in grado di sfruttare le superfici intelligenti IRS (Intelligent Reflecting Surfaces) e LIS (Large Intelligent Surfaces). L’utilizzo di un range così ampio dello spettro elettromagnetico richiederà anche l’introduzione di nuove forme d’onda e di nuovi sistemi di codifica dei segnali atti a rendere le trasmissioni robuste e resilienti rispetto ad uno scenario interferenziale estremamente complesso. L’accesso radio terrestre dovrà inoltre essere affiancato e integrato dalle Non Terrestrial Network (NTN) costitute da costellazioni di satelliti GEO (Geostazionari), MEO( Medium Earth Orbit), LEO (Low Earth Orbit) e High Altitude Pseudo Satellites (HAPS).
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La rete andrà oltre quello che oggi conosciamo
Il concetto di rete 6G andrà oltre quello di rete pubblica-commerciale e di rete privata industriale o domestica; saranno infatti dispiegate le reti di scopo, estremamente specializzate per rispondere ai requisiti di una particolare applicazione. Ad esempio, potranno essere realizzate reti interne ad un singolo veicolo, reti dedicate a sciami di droni, o addirittura reti “in-body” distribuite nel corpo di un essere umano, generalmente per monitorare e gestire micro apparati elettromedicali (wireless pacemaker, pompe di insulina automatiche, ecc.).
Reti di scopo 6G – Fonte: 5G IA
Infine, lo sviluppo delle reti 6G dovrà necessariamente contemplare il proprio impatto sulla società sia in termini di sostenibilità energetica, che in termini di garanzia della privacy, equità sociale e accessibilità. Per quanto riguarda la sostenibilità energetica il 6G deve porsi l’obiettivo di “rompere la curva energetica” ovvero permettere la crescita del traffico senza che questa comporti anche un aumento dei consumi energetici. La gestione della privacy dovrà essere parte costituente del design delle reti e dei servizi e offrire agli utenti i massimi livelli di fiducia (altrimenti, oltre a problematiche di tipo etico sarebbe impossibile commercializzare servizi ad elevata interazione). Le reti 6G dovranno inoltre perseguire obiettivi di equità sociale e accessibilità per permettere agli operatori di raggiungere tutti gli utenti con i servizi e non limitare le nuove tecnologie a gruppi elitari che risiedono nelle grandi città dei Paesi maggiormente industrializzati.
Il completamento capillare della copertura 5G
In tale contesto, lo sviluppo pervasivo e capillare delle reti 5G in qualità di piattaforma universale di riferimento diventa un prerequisito fondamentale su cui poggiare le evoluzioni sperimentali alla base del futuro salto tecnologico verso il 6G. La strada che conduce all’affermazione del 5G come “new normal” è però ancora lunga e non priva di ostacoli. Ad oggi, infatti, le reti 5G commercialmente disponibili offrono perlopiù il servizio eMBB, ovvero il servizio mobile (e FWA) a banda ultralarga previsto dalla versione preliminare dello standard 5G, che ha inoltre permesso di agganciare l’accesso radio 5G alle core network 4G esistenti (al netto di un aggiornamento). Tuttavia, il vero potenziale del 5G potrà esprimersi solo con il raggiungimento della maturità tecnologica e la conseguente diffusione commerciale dei servizi ad ultra-affidabilità (URLLC) e dell’IoT massivo (mMTC), nonché del Network Slicing. Sono infatti i servizi URLLC e mMTC, unitamente alla flessibilità architetturale portata dal paradigma di Network Slicing a costituire i veri e propri abilitatori per le applicazioni verticali dei settori dell’industria, dell’intrattenimento, e del pubblico. La disponibilità commerciale e pervasiva di tali servizi non dipende però solo dal consolidamento degli standard e della maturità tecnologica di Core Network, apparati radio e terminali; è infatti necessario un percorso di aggiornamento ed estensione delle infrastrutture di rete, sia di accesso che trasmissive. In tal senso si può osservare che sebbene la copertura radio 5G raggiunga oramai il 72% della popolazione dei Paesi dell’UE, le stazioni trasmissive 5G attive corrispondono solamente a circa il 34,5% di quelle 4G e che oltre la metà della copertura 5G attuale è realizzata mediante Dynamic Spectrum Sharing (DSS) ovvero prevede una condivisone dinamica dello spettro radio con il 4G.
Fonte: 5G Observatory – ottobre 2022
Il completamento capillare della copertura 5G potrà essere raggiunto finalizzando il dispiegamento delle stazioni trasmissive nelle bande pioniere a 700 MHz, 3600 MHz e 26 GHz, con queste ultime che saranno utilizzate sia per le coperture FWA UltraBroadband, che per le small cell in ambito dense urban e private network. Lo sviluppo di tali infrastrutture è però ostacolato da una tempesta perfetta; infatti il settore delle Telco europee (e in modo ancor più marcato quello delle Telco Italiane) è già da anni sotto forte pressione a causa di una tendenza negativa del rapporto Capex/Ricavi che ne mina la sostenibilità economica con ricavi in forte diminuzione a fronte di una crescente necessità di investimenti per lo sviluppo di infrastrutture sempre più complesse e capillari, a cui vanno sommati i costi gargantueschi sostenuti per i diritti d’uso delle frequenze 5G.
Fonte Anticipazione dei dati Rapporto Asstel 2022
Fonte Anticipazione dei dati Rapporto Asstel 2022
La tendenza negativa del rapporto Capex/Ricavi è particolarmente evidente nel settore mobile dove le basi d’asta per il rilascio di nuove frequenze sono in genere (prassi prevalente nei Paesi EU) calcolate partendo da un benchmark ricavato dalle assegnazioni precedenti di bande simili che sono poi maggiorati applicando un fattore (tipicamente del 30% ma con forti variazioni tra le singole procedure) che dovrebbe tenere in considerazione i benefici economici di cui gli assegnatari potranno godere grazie all’utilizzo di nuove tecnologie maggiormente efficienti. L’effetto pratico però è che questa efficienza non si traduce in alcun beneficio economico per gli assegnatari delle frequenze, poiché la domanda di Gbps degli utenti cresce molto più rapidamente dell’efficienza spettrale delle tecnologie radio (quanti bit di dati trasmetto a parità di MHz) e, al contempo, il prezzo commerciale del Gbps continua a diminuire a causa della forte pressione competitiva del mercato.
Fonte: AGCOM – Osservatorio sulle comunicazioni n.3 2022
Tale contesto è stato ulteriormente esacerbato dalla crisi dei semiconduttori e poi in sequenza dalla pandemia, dai veti commerciali verso la Cina e infine dal conflitto in Ucraina e dalla conseguente levitazione dei prezzi dell’energia. Il costo dell’energia in particolare rappresenta uno dei maggiori aggravanti del livello di sostenibilità del settore delle Telecomunicazioni che da solo assorbe circa il 15% della domanda complessiva annuale di energia in Italia[1].
Conclusioni
La prima sfida lungo il percorso che porterà alla convergenza dei domini fisico e digitale prospettata dal 6G è certamente quella della sostenibilità economica delle reti che dovrà essere affrontata e superata nei prossimi anni per portare a compimento lo sviluppo delle reti 5G e FTTH. L’intervento pubblico garantito dai fondi del PNRR fornisce certamente una boccata di ossigeno ma non potrà portare all’inversione di tendenza necessaria. Sarà quindi necessaria un’evoluzione dell’intero ecosistema delle TLC che dovrà necessariamente prevedere una maggiore cooperazione tra Telco e OTT (ormai inscindibilmente interdipendenti) che dovranno coordinare le proprie roadmap e identificare opportuni modelli di condivisione degli investimenti e dei ricavi. Allo stesso tempo, sarà fondamentale il ruolo dei Regolatori che dovranno da un lato favorire lo sviluppo infrastrutturale attraverso la promozione di modelli di condivisione delle reti (che favoriscano lo sviluppo di una competizione basata sulla qualità dei servizi) e la semplificazione dei processi di autorizzazione (in questo ambito sarà fondamentare adeguare i limiti di emissioni elettromagnetiche italiani allo standard europeo), e dall’altro fornire la bussola etica per l’adozione delle nuove tecnologie 6G, con particolare attenzione alla privacy di utenti e imprese.
Note
- Davide Chiaroni, Vicedirettore di Energy & Strategy della School of Management del Politecnico di Milano ↑
